[发明专利]一种基于一维光子晶体缺陷模特性的空气湿度测量方法

说明书

本发明公开了一种基于一维光子晶体缺陷模特性的空气湿度测量方法，步骤1：将由介质A、介质B或者介质B、介质A交替排列N层的无缺陷的光子晶体中间一层的介质替换为介质C，形成缺陷光子晶体，N取大于5的奇数；步骤2：在不同环境湿度下，通过改变入射光中心频率，将入射光垂直入射缺陷光子晶体，获取透射系数缺陷峰对应的入射光中心频率，以及相应湿度与中心频率之间的对应关系；步骤3：通过测量入射光缺陷峰强度和中心频率，根据相应湿度与中心频率之间的对应关系反演出当前环境下的湿度。本发明测量精度高，检测范围广，材料获取简单，能够在保证精度的情况下，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及一种基于一维光子晶体缺陷模特性的空气湿度测量方法，属于湿度测量技术领域。

背景技术

湿度对人体舒适度有着重要影响，并且湿度的测量在某些极端环境或某些科研条件要求下，显得尤为重要，这就要求能够设计一种灵敏且能够适应各种环境的湿度传感器。

传统湿度传感器是基于电容和电阻的特性进行设计的，当传统湿度传感器处于强电场或强磁场条件下时，传统湿度传感器的测量精度将会受到严重的影响。

为了改善传统湿度传感器对于环境要求高且能量损耗大等问题，本领域技术人员急需要设计一种新的空气湿度测量方法。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的传统湿度传感器对于环境要求高且能量损耗大等问题，本发明提供一种基于一维光子晶体缺陷模特性的空气湿度测量方法，采用折射率和介电常数之间的关系为基理来设计一维光子晶体缺陷模，利用一维光子晶体缺陷模拟合出一个中心频率下环境湿度和透射系数的函数关系，通过透射系数反演环境湿度，为之后的改进和实际应用奠定一定的理论基础。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于一维光子晶体缺陷模特性的空气湿度测量方法，包括如下步骤：

步骤1：将由介质A、介质B或者介质B、介质A交替排列N层的无缺陷的光子晶体中间一层的介质替换为介质C，形成缺陷光子晶体，N取大于5的奇数。

步骤2：将缺陷光子晶体中的介质A、介质B的光学厚度均设置为λ₀/4，介质C光学厚度设置为λ₀/2，λ₀表示入射光的中心波长，在不同环境湿度下，通过改变入射光中心频率，将入射光垂直入射缺陷光子晶体，获取透射系数缺陷峰对应的入射光中心频率，以及相应湿度与中心频率之间的对应关系。

步骤3：通过测量入射光缺陷峰强度和中心频率，根据相应湿度与中心频率之间的对应关系反演出当前环境下的湿度。

作为优选方案，介质A采用罗杰斯5880的微波电路基片，介质B采用罗杰斯6010的微波电路基片。

作为优选方案，介质A采用氧化铝，介质B采用氮化铝。

作为优选方案，入射光的中心波长λ₀设置为800nm。

作为优选方案，介质C采用二氧化硅。

作为优选方案，入射光频率变化范围设置为3.16×10¹⁴Hz到5×10¹⁴Hz。

作为优选方案，透射系数采用传输矩阵法进行计算。

作为优选方案，缺陷光子晶体设置为(AB)₄C(BA)₄、或者(BA)₄C(AB)₄。